I ricercatori hanno dimostrato diodi a emissione di luce bianca (LED) basati su nanomateriali che mostrano un'efficienza luminosa record di 105 lumen per watt. L'efficienza luminosa è una misura di quanto bene una fonte di luce utilizza la potenza per generare luce. Con ulteriore sviluppo, i nuovi LED potrebbero raggiungere efficienze superiori a 200 lumen per watt, rendendoli una promettente fonte di illuminazione a basso consumo energetico per le case, uffici e televisioni.

"I LED efficienti hanno un forte potenziale per il risparmio energetico e la protezione dell'ambiente, " ha affermato il leader della ricerca Sedat Nizamoglu, Università di Koç, Tacchino. "Sostituire le fonti di illuminazione convenzionali con LED con un'efficienza di 200 lumen per watt ridurrebbe di oltre la metà l'elettricità globale consumata per l'illuminazione. Tale riduzione è pari all'elettricità creata da 230 tipiche centrali a carbone da 500 megawatt e ridurrebbe le emissioni di gas serra. di 200 milioni di tonnellate".

I ricercatori descrivono come hanno creato i LED bianchi ad alta efficienza in ottica , La rivista della Optical Society per la ricerca ad alto impatto. I nuovi LED utilizzano LED blu disponibili in commercio combinati con lenti flessibili riempite con una soluzione di particelle semiconduttrici di dimensioni nanometriche chiamate punti quantici. La luce del LED blu fa sì che i punti quantici emettano verde e rosso, che si combina con l'emissione blu per creare luce bianca.

"I nostri nuovi LED hanno raggiunto un livello di efficienza più elevato rispetto ad altri LED bianchi basati su punti quantici, " ha affermato Nizamoglu. "I metodi di sintesi e fabbricazione per realizzare i punti quantici e i nuovi LED sono facili, poco costoso e applicabile per la produzione di massa."

Vantaggi dei punti quantici

Per creare luce bianca con i LED di oggi, la luce blu e quella gialla vengono combinate aggiungendo un rivestimento a base di fosforo giallastro ai LED blu. Poiché i fosfori hanno un ampio intervallo di emissione, dal blu al rosso, è difficile mettere a punto in modo sensibile le proprietà della luce bianca generata.

A differenza dei fosfori, i punti quantici generano colori puri perché emettono solo in una porzione ristretta dello spettro. Questa emissione stretta consente di creare luce bianca di alta qualità con temperature di colore e proprietà ottiche precise combinando punti quantici che generano colori diversi con un LED blu. I punti quantici hanno anche il vantaggio di essere facili da realizzare e il colore della loro emissione può essere facilmente modificato aumentando la dimensione della particella semiconduttrice. Inoltre, i punti quantici possono essere vantaggiosamente utilizzati per generare sorgenti di luce bianca calda come lampadine a incandescenza o sorgenti bianche fredde come tipiche lampade fluorescenti modificando la concentrazione di punti quantici incorporati.

Sebbene i punti quantici incorporati in un film siano attualmente utilizzati nei televisori a LED, questo approccio all'illuminazione non è adatto per un uso diffuso nelle applicazioni di illuminazione generale. Il trasferimento dei punti quantici in un liquido ha permesso ai ricercatori di superare il problematico calo di efficienza che si verifica quando i nanomateriali sono incorporati in polimeri solidi.

La realizzazione di LED bianchi efficienti richiede punti quantici che convertono in modo efficiente la luce blu in rossa o verde. I ricercatori hanno effettuato più di 300 reazioni di sintesi per identificare le migliori condizioni, come temperatura e tempo di reazione, per creare punti quantici che emettono a colori diversi esibendo un'efficienza ottimale.

"La creazione di luce bianca richiede l'integrazione della quantità appropriata di punti quantici, e anche se ciò si realizzasse, ci sono un numero infinito di blu, combinazioni di verde e rosso che possono portare al bianco, " ha affermato Nizamoglu. "Abbiamo sviluppato una simulazione basata su un approccio teorico che abbiamo recentemente riportato e utilizzato per determinare le quantità appropriate e le migliori combinazioni di colori dei punti quantici per una generazione efficiente della luce bianca".

Per realizzare i nuovi LED, i ricercatori hanno riempito lo spazio tra una lente polimerica e un chip LED con una soluzione di punti quantici che sono stati sintetizzati mescolando cadmio, selenio, zinco e zolfo ad alte temperature. I ricercatori hanno utilizzato un tipo di silicone per realizzare l'obiettivo perché la sua elasticità ha permesso loro di iniettare soluzioni nell'obiettivo senza che la soluzione fuoriesca, e la trasparenza del materiale ha consentito la necessaria trasmissione della luce.

I ricercatori hanno dimostrato che i loro LED bianchi a base liquida potrebbero raggiungere un'efficienza doppia rispetto ai LED che incorporano punti quantici nei film solidi. Hanno anche dimostrato i loro LED bianchi usandoli per illuminare un display da 7 pollici.

"I punti quantici sono molto promettenti per applicazioni di illuminazione efficienti, " ha affermato Nizamoglu. "C'è ancora spazio significativo per lo sviluppo della tecnologia che genererebbe approcci più efficienti all'illuminazione".

Come passo successivo, i ricercatori stanno lavorando per aumentare l'efficienza dei LED e vogliono raggiungere livelli di efficienza elevati utilizzando materiali ecocompatibili privi di cadmio e piombo. Hanno anche in programma di studiare i LED liquidi in condizioni diverse per garantire che siano stabili per l'applicazione a lungo termine.